लहानपणापासूनच नीलला विमाने आणि उड्डाणाची प्रचंड आवड होती. वयाच्या सहाव्या वर्षी त्यांनी पहिल्यांदा विमानातून प्रवास केला आणि वयाच्या १६ व्या वर्षी पायलटचा परवाना मिळवला. त्यांनी पर्ड्यू विद्यापीठातून एरोनॉटिकल इंजिनिअरिंगची पदवी घेतली. कोरियन युद्धादरम्यान ते अमेरिकन नेव्हीमध्ये लढाऊ पायलट होते. युद्धानंतर त्यांनी नासासाठी चाचणी पायलट म्हणून काम केले. त्यांनी X-15 सारखी अत्यंत वेगवान रॉकेट विमाने उडवली. १९६२ मध्ये त्यांची निवड नासाच्या अंतराळवीर गटात झाली. १९६६ मध्ये त्यांनी जेमिनी ८ मोहिमेचे कमांडर म्हणून पहिले अंतराळ उड्डाण केले. या मोहिमेत त्यांनी दोन अंतराळ यानांची जगातील पहिली डॉकिंग यशस्वीपणे केली.

१६ जुलै १९६९ रोजी अपोलो ११ मोहीम फ्लोरिडातील केनेडी स्पेस सेंटरमधून प्रक्षेपित झाली. नील आर्मस्ट्राँग या मोहिमेचे कमांडर होते. त्यांच्यासोबत एडविन "बझ" अल्ड्रिन आणि मायकेल कॉलिन्स होते. २० जुलै १९६९ रोजी त्यांचे "ईगल" नावाचे चंद्रयान चंद्राच्या पृष्ठभागावर उतरले. इंधन कमी होत असल्याने आणि धोकादायक भाग टाळत त्यांनी यानाचे कुशलतेने लँडिंग केले. २१ जुलै १९६९ रोजी भारतीय प्रमाणवेळेनुसार पहाटे २.५६ वाजता नील आर्मस्ट्राँग चंद्राच्या पृष्ठभागावर उतरले. चंद्रावर पाऊल ठेवणारे ते जगातील पहिले मानव बनले. त्यांनी प्रसिद्ध वाक्य म्हटले "हे माणसासाठी एक छोटे पाऊल आहे, पण मानवजातीसाठी एक मोठी झेप आहे".

नील आर्मस्ट्राँग आणि बझ अल्ड्रिनने चंद्रावर अडीच तास संशोधन केले, माती आणि खडकांचे नमुने गोळा केले आणि अमेरिकेचा ध्वज फडकवला.चंद्रावरून परत आल्यानंतर नील आर्मस्ट्राँग यांनी प्रसिद्धीपासून दूर राहणे पसंत केले. त्यांनी सिनसिनाटी विद्यापीठात एरोस्पेस इंजिनिअरिंगचे प्राध्यापक म्हणून अध्यापन केले. ते नासा आणि विमान उद्योगांसाठी सल्लागार म्हणूनही काम करत होते. त्यांना प्रेसिडेन्शियल मेडल ऑफ फ्रीडम, काँग्रेशनल स्पेस मेडल ऑफ ऑनर असे अनेक पुरस्कार मिळाले. नील आर्मस्ट्राँग यांचे २५ ऑगस्ट २०१२ रोजी ओहायो येथे निधन झाले.